量子尺度守恒定律获验证

原标题：量子尺度守恒定律获验证(yànzhèng)

展示单个绿色光子分裂为两个红色光子的过程(guòchéng)（示意图(shìyìtú)）。图片来源：芬兰坦佩雷大学

来自(láizì)芬兰坦佩雷大学及德国、印度的(de)科学家通过实验证实：当单个光子“分裂”为一对光子时，其轨道角动量保持守恒。这项突破性研究首次在量子尺度验证了物理学核心(héxīn)要义之一——守恒定律，为开发(kāifā)应用于计算、通信和传感领域(lǐngyù)的复杂量子态提供了全新思路。相关成果发表于新一期《物理评论快报》杂志。

守恒定律是自然科学的基石，它界定了物理过程中“可行”与(yǔ)“禁行”的边界。就像台球碰撞(pèngzhuàng)时，运动线性动量会在球体间传递，旋转物体则遵循(zūnxún)角动量守恒定律。光(guāng)同样具有角动量特性，特别是与光的空间结构相关的轨道角动量。

在量子世界，每个光子都携带明确的轨道(guǐdào)角动量。根据守恒定律，这种特性在光与物质相互作用时必须守恒，即初始轨道角动量为零的光子分裂(fēnliè)后，两个(liǎnggè)新生(xīnshēng)光子的轨道角动量之和必须归零(guīlíng)。这意味着若其中一个光子具有特定轨道角动量，其伴生光子必然呈现相反量值。虽然传统激光实验已多次验证角动量守恒定律，但(dàn)针对单个光子的验证尚属首次。

研究团队创新性地探究了(le)单个光子裂变为光子对时，轨道角动量守恒是否依然成立。实验最终(zuìzhōng)证实，这一定律在量子极限条件下(xià)依然有效。

实验面临(miànlín)一个巨大技术挑战——每十亿个光子中仅有一个会分裂，找到它无异于大海捞针。研究团队凭借超稳定光学装置、极低背景噪声、高效探测系统(tàncèxìtǒng)以及持之以恒(chízhīyǐhéng)的观测，最终捕捉到足以(zúyǐ)证实光的角动量守恒定律的关键数据。

除验证守恒定律外，研究团队还首次观测到光子对的量子纠缠现象。这表明该技术有望(yǒuwàng)拓展至更复杂量子态的制备(zhìbèi)，实现光子间(jiān)的空间、时间、偏振等多维度的全面纠缠。

研究团队强调，这项成果具有理论价值，他们计划提升系统效率，优化测量(cèliáng)方案，并(bìng)探索多光子量子态在基础(jīchǔ)研究和量子通信网络中的应用前景。（记者刘霞）